專利名稱：固化光纖的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)光纖的設(shè)備；并且特別涉及一種包括光纖拉制、冷卻、涂覆和固化的光纖生產(chǎn)設(shè)備。
在現(xiàn)有的技術(shù)中有多種不同的生產(chǎn)光纖的方法和多種不同的光纖拉制、冷卻、涂覆和固化的方法。例如授予本發(fā)明人的美國專利No.5,092,264描述了一種為了減少進(jìn)入光纖涂覆的熱量濾掉紫外固化燈射向光纖的輻射中的紅外成分的裝置。這一裝置的構(gòu)成包括一個(gè)雙層壁的石英中心管，此石英中心管置于紫外固化燈之內(nèi)，在輻照時(shí)光纖通過其中。管子的環(huán)形區(qū)中充水以吸收紅外成分，從而可以將涂覆保持于溫度較其他情況下為低的狀態(tài)而加速固化過程。
此外，F(xiàn)ussion Systems公司和巖崎電力公司都可提供“冷”的紫外輻照反射器或鏡子。這種反射器可減小在固化時(shí)射向光纖涂覆的輻射中的紅外成分。這是依靠其上淀積有可以反射所要的紫外成分但不反射紅外成分的涂覆的鏡子而實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)光纖時(shí)涂在光纖上的紫外可固化涂覆，當(dāng)涂覆溫度超過一定溫度時(shí)，將不會(huì)完全固化。因此，不管采用多少個(gè)紫外燈固化級(jí)來固化光纖涂覆，則當(dāng)光纖涂覆處于高溫下時(shí)，該涂覆不會(huì)完全固化。同樣還發(fā)現(xiàn)，在低溫下固化涂覆時(shí)可改善其性能?？刂仆扛驳臏囟群茈y，因?yàn)橛糜诠袒饫w涂覆的紫外燈會(huì)由于光纖涂覆吸收高強(qiáng)度的紫外和紅外輻射而使光纖涂覆的溫度升高。另外，涂覆固化過程是一放熱反應(yīng)(產(chǎn)生熱量)。
現(xiàn)有技術(shù)的裝置會(huì)使涂覆變得很熱，既是由于材料吸收過量的紫外能量，也由于丙烯酸鹽交聯(lián)固化反應(yīng)本身的放熱本性所決定。因此，在工業(yè)應(yīng)用中采用這些方法不會(huì)獲得什么重要的好處。
B.Overton等人的一篇題為“固化溫度對(duì)紫外固化涂覆熱機(jī)械性能的影響”介紹了所希望的涂覆固化水平的發(fā)展受到高溫的阻礙的情況?，F(xiàn)有技術(shù)沒有描述在紫外固化級(jí)之間使用冷卻介質(zhì)以提供更完全的固化。
本發(fā)明提供了一種使涂覆光纖固化的方法和設(shè)備，其構(gòu)成至少包括兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)和一個(gè)冷卻級(jí)。
至少兩光纖涂覆固化級(jí)響應(yīng)于涂覆光纖以提供部分固化涂覆光纖，并且進(jìn)一步響應(yīng)于冷卻的部分固化涂覆光纖以進(jìn)一步提供固化的涂覆光纖。
冷卻級(jí)響應(yīng)于部分固化的涂覆光纖以提供冷卻的部分固化涂覆光纖。
在操作過程中，本發(fā)明可提供一種配置紫外燈的方法以便達(dá)到涂覆的膠凝點(diǎn)而得到初始固化水平，然后主動(dòng)除去反應(yīng)熱和從第一紫外燈吸收的熱量。之后接著對(duì)紫外曝光以完成涂覆的固化。其優(yōu)點(diǎn)是這種方法使得甚至可以在很高的拉制速度下使涂覆完全固化。為了最大限度地利用這種效果，必須有一個(gè)有效的光纖冷卻管。
在紫外固化級(jí)之間的冷卻級(jí)從光纖除去熱量，于是在其后的紫外固化級(jí)中固化時(shí)光纖涂覆得到充分固化。本方法包括的步驟為在光纖上施加涂覆、涂覆光纖經(jīng)過第一紫外固化級(jí)使涂覆大部分固化、部分固化涂覆光纖通過使光纖和涂覆的溫度降低的冷卻管并且之后使光纖經(jīng)過其后的紫外固化級(jí)。
本發(fā)明并不企求防止涂覆在光纖拉制塔中的固化過程中間發(fā)熱。本發(fā)明是力圖對(duì)光纖上的涂覆進(jìn)行輻照，從而開始固化反應(yīng)，然后主動(dòng)地去除在大部分固化過程中間產(chǎn)生的熱量，再重新輻照材料以求以盡可能快的速度完成此反應(yīng)。
本發(fā)明具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，可以去掉某些紫外固化級(jí)。由于不需要采用附加的紫外固化級(jí)和相應(yīng)的設(shè)備投資而可以降低成本。另外，還可以省去與更換紫外燈的各種零部件有關(guān)的維護(hù)費(fèi)用。本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以提高拉制速度。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是光纖涂覆的固化充分，而所需要的紫外燈的數(shù)量比較已知的現(xiàn)有技術(shù)中所采用的數(shù)量要少。
對(duì)本發(fā)明，無論就其組織還是就其操作方式而言，參考與下面敘述有關(guān)的包括
圖1-4的附圖可獲得進(jìn)一步的了解。
圖1是本發(fā)明的發(fā)明對(duì)象的紫外燈配置實(shí)施例的示意圖。
圖2是圖1所示的發(fā)明對(duì)象的冷卻級(jí)的使用圖。
圖3是本發(fā)明的發(fā)明對(duì)象的紫外燈配置另一實(shí)施例的示意圖。
圖4是本發(fā)明的發(fā)明對(duì)象的紫外燈配置又一實(shí)施例的示意圖。
圖1示出一生產(chǎn)光纖的設(shè)備，一般標(biāo)記為10。廣義上本發(fā)明的構(gòu)成包括可為光纖涂覆F的固化提供一種改進(jìn)的紫外固化級(jí)的方法和設(shè)備，一般標(biāo)記為12，至少包含兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)14、16和有關(guān)冷卻級(jí)18。
如圖所示，至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)14、16作用于涂覆光纖F以提供一般標(biāo)記為F1的部分固化涂覆光纖，并進(jìn)一步作用于一般標(biāo)記為F2的部分固化涂覆光纖以便進(jìn)一步提供一般標(biāo)記為F3的固化涂覆光纖。
冷卻級(jí)18作用于部分固化涂覆光纖F1以提供冷卻的部分固化涂覆光纖F2。
光纖涂覆固化級(jí)14具有一個(gè)或更多個(gè)紫外固化燈。光纖涂覆固化級(jí)16具有標(biāo)記為16(a)、16(b)的一個(gè)或更多個(gè)紫外固化燈。至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)14、16中的每一個(gè)與冷卻級(jí)隔開至少一英寸的空間，一般標(biāo)記為15、17。這至少為一英寸的空間15、17對(duì)環(huán)境氛圍是完全開放的以便進(jìn)行敞開式空氣冷卻。在一英寸空間15處的溫度大約為100-110℃，而在在一英寸空間17處的溫度低于60℃。還設(shè)想了其中的第二紫外固化燈16(a)、16(b)的每一個(gè)都由至少一英寸的空間互相分開的實(shí)施例。
在圖1中，光纖生產(chǎn)設(shè)備10還包括一冷卻管20、第一涂覆器22、具有第一紫外固化燈24的第一紫外固化級(jí)24和第二涂覆器26，以上這些都是本專業(yè)所熟知的。如圖所示，改進(jìn)的紫外固化級(jí)12位于第二涂覆器26之后，后者提供涂覆光纖F。但是，本發(fā)明的范圍并不想僅僅局限于這樣一種實(shí)施例，因?yàn)閳D3示出的另一實(shí)施例中改進(jìn)的紫外固化級(jí)12也位于第一涂覆器22和第二涂覆器26之間，這一點(diǎn)將在下面討論。
圖2中示出的圖1的冷卻級(jí)18是主動(dòng)冷卻管形式，一般標(biāo)記為30。主動(dòng)冷卻管30是一個(gè)空心管32，在其管壁34中有冷卻氣體流過，一般以圖2中所示的箭頭表示。冷卻氣體的作用是充當(dāng)由部分固化涂覆光纖F1向空心管32的管壁34的傳熱介質(zhì)。冷卻氣體是氦，雖然本發(fā)明的范圍并不嚴(yán)格局限于僅僅使用這種具體氣體。如圖所示，主動(dòng)冷卻管30的構(gòu)成包括一般標(biāo)記為36的一系列圓柱空腔，，其位置在一般標(biāo)記為38的導(dǎo)熱金屬體內(nèi)，這些圓柱空腔通過一般標(biāo)記為40的狹窄孔徑相連。這一系列圓柱空腔36和狹窄的孔徑40形成部分固化涂覆光纖F1所通過的通道。如圖2a所示，這一系列圓柱空腔36中設(shè)置有加工成形的突片42以增加導(dǎo)熱金屬38用來吸收通過冷卻氣體由部分固化涂覆光纖F1除去熱量的表面積。冷卻氣體通過的這一系列圓柱空腔36和狹窄孔徑40使冷卻氣體流形成喘流，從而可增加在部分固化涂覆光纖F1和空心管30的管壁34之間的傳熱效率。
圖3示出具有一般標(biāo)記為50的改進(jìn)的紫外第一固化級(jí)的改進(jìn)的紫外第一固化級(jí)的另一實(shí)施例。在圖1和圖3中，兩圖中類似的部件用類似的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)記。改進(jìn)的紫外第一固化級(jí)50至少具有兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)14′和16′，和一個(gè)冷卻級(jí)18′。至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)中的一個(gè)作用于從第一涂覆器22中出來的光纖以提供部分固化第一涂覆光纖。冷卻級(jí)作用于此部分固化第一涂覆光纖F1′。以提供冷卻的部分固化第一涂覆光纖。至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)中的另一個(gè)作用于冷卻的部分固化第一涂覆光纖以便向第二涂覆器26提供固化的第一涂覆光纖。
圖4示出一般以60表示的改進(jìn)的固化級(jí)的另一實(shí)施例，具有至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)62、64。在此實(shí)施例中，圖1-3中的主動(dòng)冷卻級(jí)18為兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)62、64之間一般標(biāo)記為76的至少一英寸的間隔所代替，以用于冷卻一般標(biāo)記為F1′′的部分固化涂覆光纖。
至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)之一62包括兩個(gè)紫外固化燈66、68。至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)的另一個(gè)64包括三個(gè)第二紫外固化燈70、72、74。至少一英寸的空間76整個(gè)對(duì)環(huán)境氛圍開放。還設(shè)想了其中的每個(gè)第二紫外固化燈66、68、70、72、74的每一個(gè)都由至少一英寸的空間互相分開的實(shí)施例。
在圖4所示的實(shí)施例中，改進(jìn)的固化級(jí)60包括一個(gè)將紫外燈66、68、70、72、74設(shè)置成為在燈66、68、70、72、74之間有一定的距離。此一距離可為一英寸或更大。燈66、68和燈70、72、74之間的空間可整個(gè)地對(duì)環(huán)境氛圍開放或者部分地由圖3中所示的冷卻裝置30這樣的冷卻裝置填充。
總之，紫外燈66、68、70、72、74精心設(shè)計(jì)成為互相分開的，以便使熱量可以在兩次紫外照射之間脫離涂覆。圖4中的紫外燈66、68、70、72、74的間隔和圖1-3中插入的主動(dòng)冷卻裝置18提高了固化反應(yīng)的速度和效率。主動(dòng)冷卻管18的設(shè)計(jì)使得它可以增加冷卻氣體流的喘流以提高光纖或涂覆向外的傳熱效率。
由此可以看到，前面設(shè)置的目標(biāo)和根據(jù)上述描述已經(jīng)清楚的事項(xiàng)都已高效率地到達(dá)，并且因?yàn)樵诓幻撾x本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行某些修改，所以在上述描述中所包含的或在附圖中示出的所有事項(xiàng)都應(yīng)該理解為示意性的而并非限制性的。
還應(yīng)該理解，下面的權(quán)利要求力圖概括此處所描述的本發(fā)明的所有的共通特點(diǎn)和個(gè)別特點(diǎn)，并且本發(fā)明范圍內(nèi)的所有聲明由于語言上的原因可能不夠準(zhǔn)確。
權(quán)利要求
1.一種用于固化涂覆光纖(F、F′、F′′)的設(shè)備(10)，其構(gòu)成包括至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)，對(duì)涂覆光纖(F、F′、F′′)施加作用，以提供部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)，并且進(jìn)一步施加作用于冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)，以便進(jìn)一步提供固化涂覆光纖(F3、F3′、F3′′)；和一個(gè)冷卻級(jí)(18、18′)，對(duì)部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)施加作用，以提供冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備(10)，其中冷卻級(jí)(18、18′)包括一個(gè)主動(dòng)冷卻管(30)。
3.根據(jù)利要求2的設(shè)備，其中主動(dòng)冷卻管(30)是一個(gè)中空的管子(32)，其管壁(34)有冷卻氣體流過。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備(10)，其中冷卻氣體的作用是充當(dāng)由部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)向空心管(32)的管壁(34)的傳熱介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備(10)，其中冷卻氣體是氦。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備(10)，其中主動(dòng)冷卻管(30)包括一系列圓柱空腔(36)，其位置在導(dǎo)熱金屬體(38)內(nèi)，這些圓柱空腔通過狹窄孔徑(40)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備(10)，其中一系列圓柱空腔(36)和狹窄孔徑(40)形成部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)所通過的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備(10)，其中這一系列圓柱空腔(36)中設(shè)置有加工成形的突片(42)以增加金屬的表面積，用來吸收通過冷卻氣體從部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)除去的熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備(10)，其中冷卻氣體通過的這一系列圓柱空腔(36)和狹窄孔徑(40)使冷卻氣體流形成喘流，從而可增加在部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)和空心管(32)的管壁(34)之間的傳熱效率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備(10)，其中上述的至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b))與冷卻級(jí)(18)由至少一英寸的空間(15、15′、17、17′)分隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備(10)，其中上述的至少一英寸的空間(15、15′、17、17′)整個(gè)地對(duì)環(huán)境氛圍開放。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備(10)，其中冷卻級(jí)(18)在上述至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)之間包括至少一個(gè)一英寸的空間(15、15′、17、17′、76)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備(10)，其中上述的至少一英寸的空間(15、15′、17、17′、76)整個(gè)地對(duì)周圍氛圍開放。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備(10)，其中上述的至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)是紫外燈，用于向涂覆光纖(F、F′、F′′)或冷卻的部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)提供紫外光。
15.一種生產(chǎn)光纖的設(shè)備(10)，其構(gòu)成包括一個(gè)第二涂覆器(26)用于提供第二涂覆光纖(F、F′′)；至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)，對(duì)第二涂覆光纖(F、F′′)施加作用，用于提供部分固化第二涂覆光纖(F1、F1′′)，對(duì)進(jìn)一步對(duì)冷卻的部分固化第二涂覆光纖(F2、F2′′)施加作用，以便進(jìn)一步提供冷卻的涂覆光纖(F3、F3′′)；和一個(gè)冷卻級(jí)(18)，對(duì)部分固化第二涂覆光纖(F1、F1′′)作用，用于提供冷卻的部分固化第二涂覆光纖(F2、F2′′)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備(10)，其中該設(shè)備還包括一第一涂覆器(22)，用于提供第一涂覆光纖(F′)；至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(14′，16′)，施加作用于第一涂覆光纖(F′)，用于提供部分固化第一涂覆光纖(F1′)，并且還施加作用于冷卻的部分固化第一涂覆光纖(F2′)，以便進(jìn)一步提供固化第一涂覆光纖(F3′)；和冷卻級(jí)(18′)，施加作用于部分固化第一涂覆光纖(F1′)，用于提供冷卻的部分固化第一涂覆光纖(F2′)。
17. 一主動(dòng)冷卻管(30)，用于冷卻部分固化涂覆光纖(F1，F(xiàn)1′，F(xiàn)1″)，其構(gòu)成包括一中空管(32)，其管壁(34)有冷卻氣體流過，該冷卻氣體的作用是充當(dāng)由部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1″)向空心管(32)的管壁(34)的傳熱介質(zhì)；在導(dǎo)熱金屬體(38)中的一系列圓柱空腔(36)，由狹窄孔徑(40)相連，形成部分固化涂覆光纖(F1，F(xiàn)1′，F(xiàn)1″)所通過的通道；及設(shè)置在一系列圓柱空腔(36)中的加工成形的突片(42)，用于增加管壁(34)壁面的表面積，用來吸收由冷卻氣體從部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1″)除去的熱量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的主動(dòng)冷卻管(30)，其中冷卻氣體是氛
19.根據(jù)權(quán)利要求18的主動(dòng)冷卻管(30)，其中冷卻氣體通過的這一系列圓柱空腔(36)和狹窄孔徑(40)使冷卻氣體流形成喘流，從而可增加在部分固化涂覆光纖(F1、F1′)和空心管(32)的管壁(34)之間的傳熱效率。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備(10)，其中上述的至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、62、66、68)中的一個(gè)作用于涂覆光纖(F、F′、F′′)，以便提供部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)，并且上述的至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(12、16、16′、16(a)、16(b)、64、70、72、74)中的另一個(gè)作用于冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)，以便進(jìn)一步提供固化涂覆光纖(F3、F3′、F3′′) 。
21. 一種固化涂覆光纖(F、F′、F′′)的方法，包括向第一光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纖(F、F′、F′′)；利用第一光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、62、66、68)部分固化涂覆光纖(F、F′、F′′)，以便提供部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)；利用冷卻級(jí)(15、15′、17、17′、18、18′76)冷卻部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)，以便提供冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)；并且利用第二光纖涂覆固化級(jí)(12、16、16′、16(a)、16(b)、64、70、72、74)固化冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)，以便提供固化涂覆光纖(F3、F3′、F3′)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中向第一光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纖(F，F(xiàn)′，F(xiàn)′′)的步驟包括從第二涂覆器(26)向第一光纖涂覆固化級(jí)(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纖(F、F′、F′′)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中向第一光纖涂覆固化級(jí)(14′)提供涂覆光纖(F′)的步驟包括從第二涂覆器(22)向第一光纖涂覆固化級(jí)(14′)提供涂覆光纖(F′)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中利用第二光纖涂覆固化級(jí)(16′)固化冷卻的部分固化涂覆光纖(F2′)的步驟包括向第二涂覆器(26)提供固化涂覆光纖(F3′)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備(10)。其中上述至少兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)(62、64、66、68、70、72、74)的每一個(gè)由至少一英寸的空間(76)分隔。
全文摘要
一種使涂覆光纖固化的方法和設(shè)備,至少包括由一個(gè)冷卻級(jí)分隔的兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)。這兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)之一作用于涂覆光纖,以便提供部分固化涂覆光纖。這兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)之另一個(gè)作用于冷卻的部分固化涂覆光纖,以便進(jìn)一步提供部分固化涂覆光纖。冷卻級(jí)安排在兩個(gè)光纖涂覆固化級(jí)之間并作用于部分固化涂覆光纖,以便提供冷卻的部分固化涂覆光纖。本發(fā)明一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是光纖涂覆的固化充分,而所需要的紫外燈的數(shù)量比較已知的現(xiàn)有技術(shù)方法中所使用的數(shù)量要少。
文檔編號(hào)B29C35/08GK1193745SQ9810424
公開日1998年9月23日 申請(qǐng)日期1998年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月15日
發(fā)明者羅伯特J·奧弗頓 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司